CC BY
5
УДК 621.923
Д.Г. МУЗИЧКА, В.Ю. СОЛОД, 1С. КАШИНСЬКИЙ
Дншровський державний техшчний ушверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ РЕЖИМ1В Р1ЗАННЯ НА ТЕОРЕТИЧНУ ДОВЖИНУ ТВ1РНО1 ГОЛОВНОГО Р1ЗАЛЬНОГО КОНУСУ
На nidcmaei проведеного анализу дослгджень макропрофшю шлгфувального круга в радгальному перерз встановлено, що закономгрностг формування профшю робочо'1 поверхш шлгфувального круга залежать вгд умов обробки i пкля перюду прироблення довжина твгрног профшю в радгальному перергзг не змтюеться. Показано, що теоретична довжина твгрног ГРК може розглядатися як один з показнитв працездатностг гнструменту. Дослгджено вплив режимгв ргзання на формозмту ргзальноХ поверхнг шлгфувального круга. Встановлено, що зг змгною умов процесу ргзання (режимгв ргзання) можна спрямовано змтити довжину твгрног ГРК у радгальному перергзг ргзальноХ поверхт шлгфувального круга.
Ключовг слова: шлгфувальний круг, показник працездатностг, формозмта профшю, макрознос, твгрна, головний ргзальний конус, режими ргзання.
Д.Г. МУЗЫЧКА, В.Ю. СОЛОД, И.С. КАШИНСКИЙ
Днепровский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА ТЕОРЕТИЧЕСКУЮ ДЛИНУ ОБРАЗУЮЩЕЙ ГЛАВНОГО РЕЖУЩЕГО КОНУСА
На основании проведенного анализа исследований макропрофиля шлифовального круга в радиальном сечении установлено, что закономерности формирования профиля рабочей поверхности шлифовального круга зависят от условий обработки и после периода приработки длина образующей профиля в радиальном сечении не изменяется. Показано, что теоретическая длина образующей ГРК может рассматриваться как один из показателей работоспособности инструмента. Исследовано влияние режимов резания на формоизменение режущей поверхности шлифовального круга. Установлено, что с изменением условий процесса резания (режимов резания) можно направлено изменить длину образующей ГРК в радиальном сечении режущей поверхности шлифовального круга.
Ключевые слова: шлифовальный круг, показатель работоспособности, формоизменение профиля, макроизнос, образующая, главный режущий конус, режимы резания.
D.G. MUZYCHKA, V.Yu. SOLOD, I.S. KASHYNSKYI
Dniprovsk State Technical University
RESERACH OF THE IMPACT OF CUTTING MODES ON THE THEORETICAL LENGTH OF THE GENERATRIX OF THE MAIN CUTTING CONE
The analysis of research into grinding wheel macroprofile in the radial section permitted to establish that the patterns of shaping working surface profile of the grinding wheel depend on the processing conditions, also after the period of running-in the length of the generatrix of the profile in the radial section does not change. It is shown that the theoretical length of the generatrix of the main cutting cone (MCC) can be considered as one of the indicators of the tool's working efficiency. The paper researches into the influence of cutting conditions on the shaping of the cutting surface of the grinding wheel. The authors establish that by changing conditions of the cutting process (cutting conditions), it is possible to change the length of the generatrix of the main cutting cone (MCC) in the radial section of the cutting surface of the grinding wheel.
Keywords: grinding wheel, working efficiency indicator, profile shaping, macro wear, generatrix, main cutting cone, cutting conditions.
Постановка проблеми
Абразивна обробка широко застосовуеться у р1зних галузях машинобудування [ 1-4]. Питома вага штфування у загальнш трудомюткосп мехашчно! обробки постшно зростае i на сучасному етат складае у верстатобудiвнiй промисловосп близько 30%, у шдшипниковш - понад 60%, в автомобшьнш промисловосп - понад 38% загально! трудомюткосп обробки [5].
Ефектившсть експлуатацп абразивних шструменпв, особливо з надтвердих матерiалiв, значною мiрою визначаеться витратами на шструмент, яш залежать вщ штенсивносп зносу. Знос крупв безпосередньо впливае на варпсть продукцп, можливосп автоматизаци i темпи виробництва, а також
визначае яшсть оброблюваних деталей. Тому виникае необхщшсть вивчення мехашзму зносу шл!фувальних крупв 1 виявлення шлях1в його зниження.
Аналiз останнiх дослiджень i публжацш Для процеав шл1фування ефектившсть визначаеться показниками працездатносп залежно вщ вимог, що пред'являються: для чорнового шл1фування - максимальна продуктившсть обробки 1 мшмальна соб1варт1сть при забезпеченш заданих показник1в якосп оброблювано! поверхш; для чистового шл1фування - забезпечення необхщно! точносп 1 якосп поверхш при максимально можливш продуктивносп обробки.
Для кожно! з цих вимог шл1фувальний шструмент повинен мати вщповщну форму р1зально! поверхш круга в рад1альному перер1з1 (трикутну або трапеце!дальну), що зм1нюеться залежно в1д режим1в обробки, властивостей шструменту або оброблюваного матер1алу. Форма р1зально! поверхш шл1фувального круга в рад1альному перер1з1 визначаеться довжиною головного р1зального конуса (ГРК), шириною перехщного кругового поясочка (ПКП) при його наявносп, 1 довжиною допом1жного р1зального конуса (ДРК). Геометричш параметри р1зально! поверхш шл1фувального круга за р1зних умов обробки визначаються природним (самооргашзованим) процесом зношування.
Знос шл1фувальних крупв под1ляеться на мжрознос, обумовлений стиранням окремих абразивних зерен 1 випаданням !х !з зв'язки при И руйнуванш шд впливом температури 1 напружень, 1 на макрознос, що виражаеться в змш розм1р1в 1 геометрично! форми р1зально! поверхш круга. I якщо мжрозносу присвячена бшьша частина дослщжень, то дослщженням макрогеометрп круга выводиться, як правило, другорядна роль.
Як в1дм1чае 1.П. Захаренко, «геометр1я р1зально! поверхш - один з найважливших параметр1в алмазних крупв, що визначае р1зальт властивосп, зносостшкють останшх, температуру, силу р1зання, шорстк1сть, стан оброблених поверхонь 1 точшсть обробки. Це набувае ще бшьшо! важливосп при автоматизованих процесах шл1фування, особливо при зшманш великих припуск1в 1 при методах обробки з накладенням р1зних вид1в додатково! енергп» [6].
Багато особливостей шл1фування торцем круга з подовжньою подачею визначаються макрогеометр1ею р1зально! поверхш круга. Законом1рност1 утворення робочо! поверхш алмазного шл1фувального шструменту залежать як ввд виду 1 методу шл1фування, так 1 ввд умов обробки [6-16]. Проведений анал1з дослщжень макропроф1лю шл1фувального круга в рад1альному перер1з1 показав, що едино! думки з питания формоутворення р1зально! поверхш круга при шл1фуванш торцем круга з продольною подачею не юнуе 1 вимагае подальших дослщжень.
Формулювання мети дослвдження Мета роботи - проанал1зувати вплив режим1в процесу шл1фування на формозм1ну р1зально! поверхш шл1фувального круга та встановити можливють прогнозування довжини ГРК як показника ефективносп використання алмазних крупв при обробщ твердих сплав1в.
Викладення основного матерiалу дослвдження Законом!рносп формування проф1лю робочо! поверхш шл1фувального круга залежать ввд умов обробки (рис. 1, а). Якщо круг працюе в режим! самозаточування, при якому не потр1бно примусово! правки, то форма проф1лю мае вигляд, представлений на рис. 1, б, I складаеться з головного р1зального конуса (ГРК) 1 допом1жного р1зального конуса (ДРК) [ 17, 18].
Довжина ГРК залежить ввд умов обробки, а, точшше, - ввд стшкост! зерен в зв'язщ шструменту, яка визначаеться навантажениями на зерна. Навантаження на зерна пропорцшш штенсивносп процесу знiмания оброблюваного матер1алу. Таким чином, довжина ГРК може розглядатися як один з показнишв працездатносп шструменту.
Якщо уявити, що ширина шл1фувального круга Вкр не мае конструктивних обмежень, то довжина ГРК вщповщала б умовам роботи зерна при оптимальному його закладенш в зв'язщ е = 0,7 -г- 0,75. В цьому випадку знос шл1фувального круга був би оптимальним за умови самозаточування шструменту 1 ширина шл1фувального круга мае бути бшьша на величину довжини ДРК.
При робот! шл1фувального круга з низькою продуктившстю довжина тв1рно! ГРК може бути менше ширини круга Вкр, що приведе до наявносп перехщного кругового поясочка (ПКП) (рис. 1, в). В цьому випадку вщносний знос шл1фувального круга визначаеться як знос в результат! стирання зерен. З одного боку, при ташй продуктивносп профшю робочо! поверхш досягаеться зниження показнишв шорсгкосп оброблених поверхонь ! п!двищення мщносп, з !ншого боку, шл!фувальний круг вимагае примусово! правки.
Рис. 1. Форма профшю круга: а - схема рнанни; б - профиль при робой круга в режимi самозаточування; в - профшь круга в режими, що вимагае примусовоТ правки
На довжину твiрноl ГРК впливають режими рiзання i фiзико-механiчнi властивостi шлiфувального круга i оброблюваного матерiалу.
Для дослiдження впливу режимiв рiзання з урахуванням зносу зерен впродовж певного часу контакту зерна з оброблюваною поверхнею моделювалася обробка твердих сплавiв ВК6 i Т15К6 висотою 10 мм кругами типу 12А45° розмiрами 125x32x10х3 з алмазами АС6 зерниспстю 100/80 100 %-о! концентрацп на полiмернiй В2-01 i металевих М1-04 i М2-01 зв'язках. При цьому прийняп наступш режими рiзання (окрiм параметрiв, яш змiнюються в дослiджуваних дiапазонах): швидшсть рiзання
V = 20 м/с; поздовжня подача 8пр = 0,6 м/хв.; поперечна подача 8п = 0,1 мм/подв.хвд. Продуктивнiсть обробки варшвалася в межах вiд 50 до 1800 мм3/хв.
Дослiдження впливу швидкосп рiзання на довжину твiрноl ГРК проведено у дiапазонi
V = 12,5^30 м/с. При цьому встановлено, що найбшьше впливае на довжину твiрноl ГРК швидк1сть рiзання при рiзаннi зернами з площадками зносу в порiвняннi з рiзанням незношеними зернами.
При збiльшеннi швидкостi рiзання в дослiджуваному дiапазонi при обробщ твердих сплавiв ВК6 i Т15К6 кругами з незношеними зернами на полiмернiй зв'язщ В2-01 спостерiгаеться зменшення довжини твiрноl ГРК на 12,0^16,3 % у порiвняннi з кругами на металевих зв'язках М1-04 i М2-01, при обробщ якими довжииа тв1рио1 ГРК зростае вцщовщно на 46.7-^49.6 % \ 42.4-^45.5 % (рис. 2, а).
II
эе £
Ш 1.
го
X о.
Т I-
о
'о
I
0 .И-
01 и
30 25 20 15 10 5 0
6 1 1 2 4 / 3
\ \ /
1 \ Л л-
____•
12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30
Швидшсть р1зання V, м/с
II
* £
ш
ал а: I о.
Т
х ._
§•1
о со
30
25
20
15
10
0
7 1 I 1 1 1 Г 1 1/
3 4 * 1 1 1 9 г ^ / -1
/ / / / / / § -2
/ > 9
ф*' Л
5 6
12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 Швидшсть р1зання V, м/с
• 1 - В2-01 (т = тк)
• 2 - В2-01 (т = тк)
■ 3 - М1-04 (т = тк)
■ 4 - М1-04 (т = тк)
• 5 - М2-01 (т = тк) 6 - М2-01 (т = тк)
-1 - В2-01 (т = 0,765с)
-----2 - В2-01 (т = 0,765с)
-3 - М1-04 (т = 0,765с)
-----4_ М1-04 (т = 0,765с)
-5 - М2-01 (т = 0,765с)
-----6 -М2-01(т = 0,765с)
а)
б)
Рис. 2. Вплив швидкостi круга на довжину твiрноТ ГРК при обробцi твердих сплавiв Т15К6 (-) i ВК6 (----): а -незношене зерно; б - зерно з площадкою зносу
Внаслшок зносу зерна для металевих зв'язок тенденщя росту довжини твiрно! збертаеться. При цьому найбшьш iнтенсивне 11 збшьшення (на 72,7^81,6 %) спостерiгаeться при обробщ кругами на зв'язцi М1 -04 незалежно вiд марки оброблюваного твердого сплаву. Зi збiльшенням швидкосп рiзання незалежно вiд марки оброблюваного матерiалу i зв'язки круга сила рiзання зменшуватиметься. В даному випадку iнтенсивнiсть наростання швидкостi вища, шж iнтенсивнiсть зниження сили рiзання, що призводить до збiльшення потужностi тепловидшення в зонi контакту i тдвищення температури на границi зерно-зв'язка.
Для круга на полiмернiй зв'язцi В2-01 при зной зерна (т = 0,765 с) крива залежносп довжини твiрноl ГРК матиме мiнiмальнi значения при швидкосп рiзання 15 м/с для заданих умов обробки твердого сплаву ВК6 i 12,5 м/с - при обробщ сплаву Т15К6. При швидкосп рiзання бiльше 20 м/с спостертаеться рiзке зростання довжини твiрно! ГРК, що свiдчить тдвищений знос алмазного iнструменту.
Зменшення довжини твiрно! ГРК при збiльшеннi швидкосп рiзания до 15 м/с при обробщ твердого сплаву ВК6 пов'язано з рiзним впливом температури i складовi сили рiзания. Зi збшьшенням швидкостi рiзания внаслiдок збiльшения числа рiзальних зерен, що беруть участь в знятп припуску в одиницю часу, зменшуеться товщина шару, зрiзуваного одним зерном, i навантаження, що доводиться на кожне рiзальне зерно, також зменшуеться. Одночасно з цим зростае кшьшсть теплових iмпульсiв в одиницю часу, тодi як !х величина зменшуеться, що веде до зниження температури в зонi контакту.
Подовжня i поперечна подачi при вивчент !х впливу на довжину твiрно! ГРК змiнювалися у межах 8пр = 0,2^0,9 м/хв. i = 0,025^0,2 мм/подв. хвд. Отримаиi графiки (рис. 3 i 4) показали, що зi збшьшенням подовжньо! i поперечно! подань довжина твiрно! ГРК монотонно зростае для будь-якого типу зв'язки при обробщ як твердого сплаву ВК6, так i Т15К6 незалежно ввд ступеню зносу рiзальних зерен.
¡1
* £ са 5
5 £
Т I-
.01 2
20 18 16 14 12 10 8 б 4 2 0
3 \ 4 \
1 2 \
\ \
\ - *". ^
/
/5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Поздовжня подача 5лр, м/хв
-1 - В2-01 (т = тк)
-----2 - В2-01 (т = тк)
-3 М104(т-тк)
-----4 - М1-04 (т = тк)
-5 - М2-01 (т тк)
-----6 - М2-01 (т = тк)
II
эе £
се € I о.
3" 1—
I °
° -а
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
3 \ 1 Л
4 4 1 2
\
6
5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Поздовжня подача 5пр, м/хв
-1 - В2-01 (т = 0,765с)
-----2 - В2-01 (т = 0,765с)
-3 - М1-04 (т = 0,765с)
-----4- М1-04(т = 0,765с)
-5 - М2-01 (т = 0,765с)
-----6- М2-01(т= 0,765с)
а)
б)
Рис. 3. Вплив модовжньот подачi на довжину твiрноT ГРК при обробщ твердих смлашв Т15К6 (-) i ВК6 (----): а - твердих смлавiв; б - зерно с площадкою зносу
При жорсткш схемi шлiфування величини подовжньо! i поперечно! подач визначають продуктивнiсть обробки, визначаючи тим самим роботу шлiфування i к1льк1сть тепла, що виднеться при цьому. Тому збшьшення подовжньо! або поперечно! подачi (за iнших рiвних умов) викликае зростання навантаження, що доводиться на одне рiзальне зерно, i температури шлiфування в зонi контакту, що призводить до тдвищеного зносу алмазного шструменту.
Iнтенсивнiший знос в дослщжуваному дiапазонi подач спостерiгаеться у круга на металевш зв'язцi М1-04 (табл. 1), а найбшьш зносостшкою е зв'язка М2-01. Полiмерна зв'язка В2-01, маючи нижчi границю мiцностi зв'язки круга на стиск, коефщенти тепло- i температуропровiдностi, трохи перевершуе металеву зв'язку М1-04 по зносостiйкостi. Проте застосування цiе! зв'язки обмежене температурою
склування пульвербакелиу (200 °С), при перевищеннi яко! зв'язка вигорае.
II
* £
со £
а-*
3 £
3" |_
I- 'о
Я I ю
° -в
25
20
15
✓
3 К / 2 ✓ * 1 \
\ л / V V/ \ \
/ / у * 5 6
О X
а
'са
25
20
15
10
"у
.У Л
{о „/V
О1?' ^ О? оУ о>' Поперечна подача, мм/подв.хщ
-1 - В2-01 (т = тк)
-----2 - В2-01 (т = тк)
-3- М1-04 (т = тк)
-----4- М1-04 (т = тк)
-5 - М2-01 (т = тк)
-----6- М2-01(т = тк)
а)
1 1 2
3 \ >
£ V'
Г' 5 / 6
Л дЪ ./V
Поперечна подача, мм/подв.х1д
-1 - В2-01 (т = 0,765с)
-----2 - В2-01 (т = 0,765с)
-3 - М1-04 (т = 0,765с)
-----4 -М1-04(т = 0,765с)
-5 - М2-01 (т = 0,765с)
-----6 - М2-01 (т = 0,765с)
б)
Рис. 4. Вплив поперечного подання на довжину твiрноT ГРК при обробщ твердих смлав1в Т15К6 (-) i ВК6 (----): а - незношене зерно; б - зерно с площадкою зносу
Таблиця 1
Зменшення довжини твiрнот ГРК зi збiльшенням подовжньот i поперечнот подач, %
Тип зв'язки Стутнь зносу рiзального зерна Подовжня подача Поперечна подача
ВК6 Т15К6 ВК6 Т15К6
М1 -04 незношене 55,7 55,6 67,8 67,7
з площадкою зносу при тк = 0,765 с 56,6 57,4 68,7 69,6
М2-01 незношене 53,8 53,7 65,8 65,8
з площадкою зносу при тк = 0,765 с 53,8 53,8 65,8 65,8
В2-01 незношене 55,1 55,0 67,3 67,1
з площадкою зносу при тк = 0,765 с 55,9 56,2 68,0 68,3
Дослщження впливу рiзних варiантiв поеднання подовжньо! i поперечно! подач, що визначають продуктивнiсть обробки, при шлiфуваннi з фiксованою iнтенсивнiстю, показало, що довжина твiрно! ГРК практично не змiнюеться. Так, при обробщ твердих сплавiв ВК6 i Т15К6 з продуктивною 600 мм 3/хв. при рiзних поеднаннях подовжньо! i поперечно! подач довжина твiрно!' ГРК склала вiдповiдно: для круга на зв'язщ М1-04 - 10,72 мм i 10,28 мм; на зв'язщ М2-01 - 4,37 мм i 4,19 мм; на зв'язцi В2-01 - 9,15 мм i 8,61 мм.
Висновки
Проаналiзовано вплив режимiв процесу шл1фування на формозмiну рiзально! поверхш шлiфувального круга, а також можливють прогнозування показник1в ефективностi використання алмазних крупв при обробцi твердих сплавiв. Встановлено, що зi змiною умов процесу рiзання можна спрямовано змшити довжину твiрно!' ГРК у радiальному перерiзi рiзально! поверхнi шлiфувального круга. При цьому для зменшення довжини твiрно!' ГРК необхщно зменшити подовжню i поперечну
подачу чи збшьшити швидшсть.
Список використанот л^ератури
1. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник / под ред. А.Н. Резникова. - М. : Машиностроение, 1977. - 392 с.
2. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей / С.Н. Корчак. - М. : Машиностроение, 1974. - 280 с.
3. Попов С.А. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов / С.А. Попов, Н.П. Малевский, Л.М. Геращенко. - М. : Машиностроение, 1977. - 314 с.
4. Силин С.С. Оптимизация технологии глубинного шлифования / С.С. Силин, Б.Н. Леонов, В.А. Хрульков. - М. : Машиностроение, 1989. - 120 с.
5. Лавриненко В.И. Конкурентоспособность и технический уровень шлифовальных кругов из СТМ / В.И. Лавриненко, А.А. Шепелев, А.Е. Дуброва // Висош технологи в машинобудуванш. -Харшв, 2003. - Вип. 1(6). - С. 179-186.
6. Захаренко И.П. Основы алмазной обработки твердосплавного инструмента / И.П. Захаренко. - К. : Наук. думка, 1981. - 300 с.
7. Захаренко И.П. Алмазные инструменты и процессы обработки / И.П. Захаренко. - К. : Техшка, 1980. - 215 с.
8. Захаренко И.П. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов / И.П. Захаренко, Ю.А. Савченко, В.И. Лавриненко, С.М. Дегтяренко. - К. : Техника, 1990. - 152 с.
9. Семушин Ф.В. Износ кругов при торцовом алмазно-электролитическом шлифовании постоянных магнитов / Ф.В. Семушин, В.Д. Охтень // Сверхтвердые материалы. - 1982. - № 3. - С. 57-62.
10. Левченко Е.А. Экспериментальные исследования радиального износа отрезного круга при абразивной разрезке труб / Е.А. Левченко // Вкник СевНТУ : зб. наук. пр. Серiя: Машиноприладобудування та транспорт. - 2013. - Вип. 139. - С. 148-153.
11. Тимофеев П.В. Глубинное шлифование Т-образных пазов / П.В. Тимофеев, Ю.А. Сизый, А.Ф. Сулий, А.А. Токарь // Резание и инструмент. - 1979. - № 20. - С. 70-74.
12. Захаренко И.П. Глубинное шлифование кругами из сверхтвердых материалов / И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко, В.И. Лавриненко. - М. : Машиностроение, 1988. - 56 с.
13. Лавриненко В.И. Электрошлифование инструментальных материалов / В.И. Лавриненко. - К. : Наук. Думка, 1993. - 156 с.
14. Захаренко И.П. Алмазно-электролитическая обработка инструмента / И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко. - К. : Наук. думка, 1978. - 224 с.
15. Рыбицкий В.А. Алмазное шлифование твердых сплавов / В.А. Рыбицкий. - К. : Наук. думка, 1980. - 224 с.
16. Захаренко И.П. Работоспособность алмазных кругов при торцовом глубинном шлифовании безвольфрамового твердого сплава ТН20 / И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко, С.М. Дегтяренко, Е.Н. Зубанев // Резание и инструмент. - 1986. - № 35. - С. 6-8.
17. Музычка Д. Г. Прогнозирование показателей работоспособности алмазного шлифовального инструмента. / Д. Г. Музычка // Математичш проблеми техшчно! мехашки: Матер. Мiжнародноl науково! конференцп, 14-17 квггня 2015 р., м. Дтпродзержинськ-Черкаси. - Дшпродзержинськ, 2015. - С. 127-128.
18. Музичка Д. Г. Довжина твiрноl головного рiзального конусу як показник працездатносп шлiфувального шструменту. / Д. Г. Музичка // Комплексне забезпечення якосп технолопчних процеав та систем: Матер. VII-i М1жнар. наук.-практ. конф., 24-27 квггая 2017 р., м. Чершпв. -Чершпв, 2017. - Том 1. - С. 118-119.
